2019 Fiscal Year Research-status Report
DNAオリガミナノ構造体を介したナノスケール膜ドメインの創出とデザイン
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18K19831
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 勇輝 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50636066)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | DNAオリガミ / 脂質膜 / DNAナノテクノロジー / 原子間力顕微鏡 / 膜ドメイン / 分子デザイン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は，昨年度までに構築した各種二次元DNAオリガミナノ構造の化学修飾を進めるとともに，脂質膜面への局在を検討・解析した．可動部を有するDNAオリガミについても新たに設計・構築を進めた．
項目A．DNAオリガミの形状を脂質平面膜面に転写する技術の開発
特定の面に疎水基修飾を施したDNAオリガミナノ構造体を設計・構築し，生化学的実験および原子間力顕微鏡（AFM）観察により，ナノ構造体の形成を確認した．構築したナノ構造体が脂質膜面へ局在することをAFMおよび共焦点レーザー蛍光顕微鏡を用いた観察により確認した．特に，脂質平面膜に結合させたDNAオリガミのAFM観察においては，意図した構造面で脂質膜と結合していることを確認するために，構造体の疎水修飾面とは逆の面にビオチン修飾を施し，ストレプトアビジンによって認識されることを直接可視化した．
項目B．DNAオリガミの二次元自己集合化を利用した膜ドメインパターニング技術の開発
昨年度までに構築した各種二次元格子構造に加え，膜ドメイン形状を外部刺激で変化させることを目的として，新たに可動部を有するビルディングブロックをDNAオリガミ法で設計・構築した．特にグアニン四重鎖構造，i-motif構造，ヘアピン構造などの形成・解離をナノスケールの構造変化機構として利用することで，カリウムイオンやｐH，特定DNA配列に応答して構造変化する二次元DNAオリガミ集合体の構築を目指した．本年度は，数種のビルディングブロックについて構造作製を完了し，それらの構造変化を高速AFMにより確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
項目Aおよび項目Bともに，概ね計画通り進行している．当初の予定通り，各種修飾DNAオリガミの構築と機能確認が完了し，観察系も確立できた．原理的にDNAオリガミの形状デザインや修飾パターンなどは柔軟に変更が可能であり，引き続き研究を進展させていく．
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| Strategy for Future Research Activity |
項目A
光応答性オリゴヌクレオチドや鎖置換反応などを利用した反応により，DNAナノ構造体と修飾基を切り離し，膜表面から脱離させる実験を進める．この際，DNAナノ構造体の形状が膜面に相分離ドメインとして転写され，それが維持されるような諸条件の最適化に取り組む．
項目B
本年度構築した刺激応答性のビルディングブロックを脂質膜面で二次元自己集合化させる．上記の項目Aの技術を2018年度，2019年度の成果と組み合わせることで．実現を目指す．
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| Causes of Carryover |
主要なDNAナノ構造体を2018年度までに作製できていたため，2019年度は，材料費を抑えることができ，その分を修飾オリゴヌクレオチドなどに充てることができた．2020年度はさらに挑戦的な試みとして，構造変化能を有するナノ構造の利用を計画しているため，その材料費などに使用する．
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